В марте 2005 года, в ходе парламентских выборов, был избран депутатом Парламента Республики Молдова по спискам Партии коммунистов. Также, в парламенте был избран на должность председателя Комиссии по внешней политике и европейской интеграции. С 12 мая до 28 августа 2009 года Григорий Петренко занимал должность председателя Парламента Республики Молдова. В 2014 году Петренко, наряду с Марком Ткачуком и Юрием Мунтяну, были исключены из партии Исполнительным комитетом коммунистической партии. Тогда же возник конфликт между лидером ПКРМ Владимиром Ворониным и Петренко, последний обвинял г-на Воронина во лжи и предательстве, и попросил не выдвигать свою кандидатуру на должность председателя ПКРМ. Петренко заявил, что готов предложить свою кандидатуру на должность председателя партии. В октябре 2014 года Петренко был исключен из ПКРМ, по обвинению в нарушении устава партии.

Перед парламентскими выборами от 30 ноября 2014 Григорий Петренко вступил в партию «Родина», возглавляемой неоднозначным бизнесменом Ренато Усатым. Но за два дня до выборов партия была исключена из предвыборной гонки. 10 апреля 2015 Григорий Петренко вступил в партию «Наш Дом — Молдова», и сразу был избран ее председателем. В мае 2015 Григорий Петренко вступил в гонку за пост примара муниципия Кишинев от партии «Наш Дом — Молдова», набрав на выборах от 14 июня 2015 г., 0,21% голосов.

Григорий Петренко и «Antifa»

В прессе ходили слухи, что Григорий Петренко создал опасное экстремистское движение «Antifa», которое планировало организовывать антигосударственные действия насильственного характера.

По данным источников, цитируемых «Timpul.md», члены «Antifa» собирались устроить "кровавый Майдан" в Кишиневе. В результате обыска, проведенного по месту жительства некоторых членов группировки, были обнаружены пистолеты с глушителем, гранатометы, гранаты, военное обмундирование. Были найдены молдавские леи и российские рубли. У подозреваемых были наготове новые мобильные телефоны, СИМ-карты, у них были планы доступа в несколько государственных учреждений, в том числе Центральную избирательную комиссию и общественное государственное телевидение.

В тот момент Петренко находился в Москве и заявил, что стал жертвой нападок в СМИ, что, по его мнению, «свидетельствует о страхе национал-олигархического режима».

6 сентября 2015 Григорий Петренко вместе с группой людей, находящихся под его руководством, организовали акцию протеста перед зданием Генеральной прокуратуры. Акция завершилась насилием: 6 полицейских были ранены, а 5 человек были задержаны. Протестующие требовали отставки генерального прокурора, они пыталсиь силой проникнуть в здание прокуратуры и установить перед ним палатки.

15 сентября Григорий Петренко был приговорен к 30 дням лишения свободы, арест был продлен до 22 февраля, после чего он был оставлен под домашним арестом в результате гарантий, предоставленных парламентской фракцией Партии Социалистов. Социалисты потребовали окончательного освобождения членов группы Петренко. Помощь Додона пришла к Петренко даже после того, как Додон покинул партию Коммунистов в конце 2011 года, а Петренко подверг его уход жесткой критике.

26 апреля текущего года суд сектора Рышкань столицы решил освободить Петренко от домашнего ареста. Но он остался под судебным контролем, включая запрет на выезд из населенного пункта, в котором он прописан.